[논문]비오톱 지도와 항공라이다 자료를 이용한 바람통로 분석 및 기후평가

김연미; 안승만; 문수영; 김현수; 장대희

doi:10.9715/kila.2012.40.6.148

[국내논문] 비오톱 지도와 항공라이다 자료를 이용한 바람통로 분석 및 기후평가
Wind Corridor Analysis and Climate Evaluation with Biotop Map and Airborne LiDAR Data 원문보기

한국조경학회지 = Journal of Korean institute of landscape architecture, v.40 no.6, 2012년, pp.148 - 160

김연미 (한국건설기술연구원 미래건축연구실) , 안승만 (건국대학교 신기술융합학과) , 문수영 (한국건설기술연구원 미래건축연구실) , 김현수 (한국건설기술연구원 미래건축연구실) , 장대희 (한국건설기술연구원 미래건축연구실)

초록
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본 연구는 비오톱 지도와 항공 라이다 자료만을 이용해 GIS 분석기법을 적용하여 개개의 비오톱에 대한 기후분석 및 평가정보를 제공함을 목적으로 하고 있다. 1차 분석단계에서 비오톱 지도로부터 면적, 경사, 경사길이, 표면특성, 바람통로 기능, 바람통로 폭, 바람통로 장애물 요소를 각각 구하여 냉기/신선기 생성 및 바람통로 기능을 평가하였으며 2차 분석단계에서는 이들 요소를 종합하여 기후평가를 수행하여 비오톱 단위 별로 기후평가 자료를 생성하였다. 항공라이다 자료는 비오톱을 이용한 바람통로 분석에 유효하였다. 평가인자와 평가 등급 간의 상관성을 그래프 및 상관계수를 통해 확인한 결과 냉기/신선기 생성 등급과 Surface_GRD 평균값과의 상관계수가 (-)0.967로 높게 나타났으며 바람통로 기능에서는 등급별 Function_GRD 평균값과의 상관계수가 (-)0.884, Obstacle_GRD 평균값과의 상관계수는 (-)0.834로 나타났다. 기후평가 등급과 WindCorridor_GRD 상관계수는 0.928, 기후평가 등급과 ColdAir_GRD 상관계수는 0.855로 나타나 비오톱의 WindCorridor_GRD가 ColdAir_GRD에 비해 상관성이 높게 나타났으며 항공사진 정사영상을 이용한 육안 검수에서도 기후평가 및 등급화 결과가 잘 반영된 것으로 나타났다. 결과적으로, 비오톱 지도와 항공라이다 자료를 이용해 기후 분석 및 평가 방법을 적용한 결과 광명-시흥시 보금자리 주택개발 예정지의 기후평가등급에 따른 면적분포 비율은 1등급 18.5%, 2등급 18.2%, 3등급 30.7%, 4등급 25.2%, 5등급 7.4% 순으로 나타났으며 본 연구방법을 통해 기후평가 정보를 각각의 비오톱 단위별로 통계적 정보와 함께 제시할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The main purpose of this paper is to deliver a climate analysis and evaluation method based on GIS by using airborne LiDAR data and Biotop type map and to provide spatial information of climate analysis and evaluation based on Biotop type Map. At first stage, the area, slope, slope length, surface, wind corridor function and width, and obstacle factors were analyzed to obtain cold/fresh air production and wind corridor evaluation. In addition, climate evaluation was derived from those two results in the second stage. Airborne LiDAR data are useful in wind corridor analysis during the study. Correlation analysis results show that ColdAir_GRD grade was highly correlated with Surface_GRD (-0.967461139) and WindCorridor_ GRD was highly correlated with Function_GRD (-0.883883476) and Obstacle_GRD (-0.834057656). Climate Evaluation GRID was highly correlated with WindCorridor_GRD (0.927554516) than ColdAir_GRD (0.855051646). Visual validations of climate analysis and evaluation results were performed by using aerial ortho-photo image, which shows that the climate evaluation results were well related with in-situ condition. At the end, we applied climate analysis and evaluation by using Biotop map and airborne LiDAR data in Gwangmyung-Shiheung City, candidate for the Bogeumjari Housing District. The results show that the aerial percentile of the 1st Grade is 18.5%, 2nd Grade is 18.2%, 3rd Grade is 30.7%, 4th Grade is 25.2%, and 5th Grade is 7.4%. This study process provided both the spatial analysis and evaluation of climate information and statistics on behalf of each Biotop type.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 토지이용, 비오톱 및 라이다 영상을 활용하여 도시기후계획 및 기후공간적 지침에 활용할 수 있는 지도화를 통한 기후정책적 결정을 도울 수 있는 방안을 제시하였다. 냉기/신선기 및 바람통로의 분석과 평가를 수치분석모델을 통해 공간축척 및 수준/규모에 따른 시뮬레이션을 통해 정량적 공간 데이터에 비해 정확한 공간별 정량적 데이터를 제공하는데는 다소의 한계는 있었다.
이를 위해서는 간소화된 분석 및 평가방법이 개발되어야 한다. 이에 본 연구는 비오톱 지도를 이용한 기후평가 간소화 방법 개발로 항공라이다 자료 활용 기술과 연계하여 바람통로 및 도시기후 평가 요소를 정보화하고 이를 기반으로 도시 구조 특성에 따른 기후 평가지도 제작 방안에 대하여 연구하였다. 도시기후 분석 결과들이 비오톱 지도와 연계되어 기후적 특성을 정보로 제공한다면 도시계획에 있어 개발로 인해 발생하는 기후변화를 관련 비오톱 단위로 상세하게 평가 및 검토할 수 있어 매우 유용할 것이다.
비오톱 지도의 토지이용 소분류 특성을 이용하여 내부장애물 판정 자료로 사용할 수 있는지를 ZH가 높은 소분류 항목의 순위와 내부 장애물이 있을 것으로 예상되는 고밀상업업무지와 저밀공업지의 ZH 분포 조사를 통해 검토해 보았다. ZH가 높은 상위권의 토지이용 소분류 항목 조사 결과 아래의 그림에서 보는 바와 같이 고밀상업업무지, 교육시설, 농촌형 혼합지, 저밀농업지, 묘지, 시설농업지, 농촌형 주택지, 교육시설, 저밀 농업지 순서로 나열되어 있어 비오톱 Zone 유형 각각에 다양하게 건물이 분포하고 있음을 확인할 수 있었다.
이를 위해서는 간소화된 분석 및 평가방법이 개발되어야 한다. 이에 본 연구는 비오톱 지도를 이용한 기후평가 간소화 방법 개발로 항공라이다 자료 활용 기술과 연계하여 바람통로 및 도시기후 평가 요소를 정보화하고 이를 기반으로 도시 구조 특성에 따른 기후 평가지도 제작 방안에 대하여 연구하였다. 도시기후 분석 결과들이 비오톱 지도와 연계되어 기후적 특성을 정보로 제공한다면 도시계획에 있어 개발로 인해 발생하는 기후변화를 관련 비오톱 단위로 상세하게 평가 및 검토할 수 있어 매우 유용할 것이다.

제안 방법

1. 보금자리 주택개발 예정지를 사례로 비오톱 지도와 항공 라이다 자료만을 이용하여 GIS 기법으로 적용해 냉기/신선기분석 및 바람통로 분석을 수행하여 기후평가 정보를 생성하는 방법을 제안하였다.
지표면 특성별 평가 기준은 지면을 피복하는 표면의 열역학적 특성에 따라 다르게 나타나며, 특히 바람이 적고 맑은 밤에 각 공간이 가진 토양종류, 수분특성 및 식생구성의 복합적 작용으로 냉기형성능력에 차이가 발생한다. 경사도 및 면적규모와 함께 지표면의 특성에 따라 냉기/신선기 형성에 차이가 나타남에 근거하여(Stadt Dresden, 1998; Regionalverb and mittlerer Oberrhein, 2010) 평가하였다. 냉기/신선기 생성은 산림과 초지, 습지와 같은 식물이 공기생성 역할을 할 수 있는 곳이 높게 나타나는 것으로 알려져 있다(Akbari et al.
대상지 내의 면적이 작은 비오톱 폴리곤이 다수 분포하고 있어 유역 개념의 경사길이 적용이 불가하여 요철(凹凸)의 특성을 퍼센트(%) 척도화 하여 경사길이를 구하였다. 경사도(%)로부터 수평거리에 비례한 높이를 구하여 경사길이를 구한 후 각 비오톱 Zone의 경사거리 총합을 히스토그램 분포로부터 결정한 경사길이 상수 50m로 나누어 퍼센트(%) 척도화한 후 경사길이 분포에 따른 냉기/신선기 생성 평가점수를 산정하였다. 경사길이 평가구간은 Marks et al.
비오톱 조사 결과를 보면 국내에서는 불모지, 휴한지가 매우 열악하고 흙먼지 생성 등 오염원이 발생할 수 있는 가능성이 있어 이를 고려하여 가중치를 낮게 설정하였다. 교외 주택지, 농촌형 혼합지, 도시부양 시설지, 도시형 혼합지, 군사시설, 교육시설, 행정연구 시설, 도시 나지, 도시 관련시설은 냉기생성기능이 없는 것으로 평가하였고, 불모지, 휴한지, 도시공원, 관목지, 습초지, 습지, 하천, 산림과 초지의 순서로 평가하여 이를 LC_GRD에 반영하였다(Refer to Table 4).
냉기/신선기 분석도와 바람통로 분석도를 2차에서 종합 계산 하여 기후평가 종합 점수를 산출하였으며 이를 평가등급화 하여 비오톱 기후평가도를 생성하였다. 기후평가 점수 산정에는 냉기/신선기 생성 평가등급 및 바람통로 평가등급을 이용하였다. 두 평가도의 계급이 1～5등급으로 동일하며 가중치가 동일하다는 전제로 각 평가 등급을 점수로 계상하여 2～10에 분포하는 총계 (Grade_Sum)를 구하였다.
연구 흐름은 Figure 2에서 보는 바와 같이 냉기/신선기 분석 및 바람통로 분석을 한 뒤 이를 종합하여 기후평가지도를 도출하였다. 기후평가를 위해 사용된 요인들은 비오톱 지도 속성으로 추가되어 비오톱 지도만으로 기후요소 평가가 수행될 수 있도록 하였다. 이를 위해 연속형 래스터 자료인 냉기/신선기 평가 인자(경사, 경사길이) 및 바람통도 평가 인자(내부 장애물)를 비오톱 구역(zone)단위로 정보화하여 테이블 속성 정보로 가져왔다.
인공 구조물 및 건물 배치를 바람의 수송 흐름 및 속도에 미치는 영향을 평가하는 척도화 기준으로 반영하였다. 내부 장애물의 유무나 밀도에 대한 정보는 제공된 광명시 비오톱 자료에서 제공되지 않으며 장애물의 유무를 소분류 속성을 통해 추정하기에는 변동성이 커서 항공 LiDAR 자료로부터 각각의 비오톱 Zone에 건물이 분포하고 있는 상황을 알 수 있는 건물 높이 자료를 추출하고 개개의 비오톱 폴리곤 영역내의 건물을 격자화 한 총 높이를 면적으로 나누어 평균 높이(Zonal Mean Building Height, ZH)를 산출하였다. 산정된 평균높이를 표준화 점수로 환산하여 3개 등급으로 구분하여, 개개의 비오톱 ZH가 1.
냉기/신선기 분석도와 바람통로 분석도를 2차에서 종합 계산 하여 기후평가 종합 점수를 산출하였으며 이를 평가등급화 하여 비오톱 기후평가도를 생성하였다. 기후평가 점수 산정에는 냉기/신선기 생성 평가등급 및 바람통로 평가등급을 이용하였다.
냉기/신선기 생성 및 바람통로 기능 평가 인자인 Area_GRD, Solpe_GRD, SD_GRD, Surface_GRD 및 Function_GRD, Width_ GRD, Obstacle_GRD를 통해 냉기/신선기 생성 등급(ColdAir_ GRD,), 바람통로기능 등급(Wind_Corridor_GRD), 기후평가 등급(ClimateEvauation_GRD)을 Figure 9 및 Table 10과 같이 구하였다. 냉기/신선기 생성 등급에서는 1등급 35.
냉기/신선기 수송을 담당하는 통로의 구조와 규모를 평가하는 척도화 기준으로 반영하였다. 통로의 폭원을 구하기 위해 개개의 비오톱 Polygon Shape 자료로부터 폴리곤을 포함할 수 있는 직교하는 최단축 길이와 최장축 길이를 구하는 최소 방형격자(minimum bouncing rectangle, MBR)를 구하여 최단 축길이의 1/2을 통로의 폭원으로 보고 MBR 단축길이를 100m를 상수로 하여 점수를 부여하고 이를 Width_GRD에 반영하였다(Refer to Table 6)(Mayer et al.
보금자리 주택개발 예정지의 지형 경사는 13～125%에 걸쳐 분포하고 있으며 경사도가 높을수록 동일 면적에서 경사길이는 평면길이에 비해 상대적으로 높아진다. 대상지 내의 면적이 작은 비오톱 폴리곤이 다수 분포하고 있어 유역 개념의 경사길이 적용이 불가하여 요철(凹凸)의 특성을 퍼센트(%) 척도화 하여 경사길이를 구하였다. 경사도(%)로부터 수평거리에 비례한 높이를 구하여 경사길이를 구한 후 각 비오톱 Zone의 경사거리 총합을 히스토그램 분포로부터 결정한 경사길이 상수 50m로 나누어 퍼센트(%) 척도화한 후 경사길이 분포에 따른 냉기/신선기 생성 평가점수를 산정하였다.
기후평가 점수 산정에는 냉기/신선기 생성 평가등급 및 바람통로 평가등급을 이용하였다. 두 평가도의 계급이 1～5등급으로 동일하며 가중치가 동일하다는 전제로 각 평가 등급을 점수로 계상하여 2～10에 분포하는 총계 (Grade_Sum)를 구하였다. 이후 가장 낮은 점수인 2점을 1등급, 3점과 4점을 2등급, 5점과 6점을 3등급, 7점과 8점을 4등급, 9점과 10점을 5등급으로 적용하였다.
냉기/신선기 및 바람통로의 분석과 평가를 수치분석모델을 통해 공간축척 및 수준/규모에 따른 시뮬레이션을 통해 정량적 공간 데이터에 비해 정확한 공간별 정량적 데이터를 제공하는데는 다소의 한계는 있었다. 또한 우리나라에 도시미기후에 관한 미기후모델 개발과 분석연구가 매우 미흡한 관계로 해외 평가방법과 기준을 일부 준용하였다. 그러나 도시계획의 기반이 되는 개별 토지이용에 기반한 GIS 분석을 통해 도시 열섬저감과 도시 환기 개선을 위한 기후공간 자료 및 지도의 제공은 도시 차원에서 활용도가 높을 것으로 기대한다.
송영배는 불모지, 휴한지, 넝쿨식물초지, 곡물초지, 건초지, 습초지, 관목지, 건소택지 교목림지로 냉기생성능력을 서열화하였다(2007). 본 연구에서는 찬공기와 신선한 공기 생성능력을 동시에 고려하여 산림지와 초지 등을 우선순위로 정하였다. 비오톱 조사 결과를 보면 국내에서는 불모지, 휴한지가 매우 열악하고 흙먼지 생성 등 오염원이 발생할 수 있는 가능성이 있어 이를 고려하여 가중치를 낮게 설정하였다.
비오톱 지도를 기반으로 항공라이다 자료를 이용하여 광명 택지개발 예정지를 사례로 기후평가 방법 연구를 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이를 위해 연속형 래스터 자료인 냉기/신선기 평가 인자(경사, 경사길이) 및 바람통도 평가 인자(내부 장애물)를 비오톱 구역(zone)단위로 정보화하여 테이블 속성 정보로 가져왔다. 비오톱 지도의 각 폴리곤 ID를 이용한 Zone Raster 자료를 생성하고 연속형 래스터 평가 자료를 비오톱 ID Zone 별로 평균하여(zonal mean) 해당 단위구역(zone)을 대표하는 값으로 결정하였다. Haaren(2004)은 생기후기후조절기능(Bio-climate regulation funcion)의 평가지표로 지형, 면적규모, 표면구조, 토양유형 및 토양수분, 식생, 향의 6가지 인자를 제시하였다.
산정된 평균높이를 표준화 점수로 환산하여 3개 등급으로 구분하여, 개개의 비오톱 ZH가 1.5m 미만인 경우 냉기흐름에 미치는 영향이 없는 것으로 평가하고, 비오톱 ZH가 1.5m 이상 2.0m 미만인 경우 장애물이 있으나 분포 밀도가 낮은 것으로 간주하고 –1점을, 비오톱 ZH가 2.0m 이상인 경우 장애물의 분포밀도가 높은 것으로 간주하고 –2점을 주어 Obstacle_GRD에 반영하였다(Refer to Table 7).
비오톱 지도를 이용한 기후평가 간소화 방법 개발로 항공라이다 자료 활용 기술과 연계하여 바람통로 및 도시기후 평가 요소를 정보화하고 이를 기반으로 도시 구조 특성에 따른 기후평가지도 제작 방안에 대하여 연구하였다. 연구 흐름은 Figure 2에서 보는 바와 같이 냉기/신선기 분석 및 바람통로 분석을 한 뒤 이를 종합하여 기후평가지도를 도출하였다. 기후평가를 위해 사용된 요인들은 비오톱 지도 속성으로 추가되어 비오톱 지도만으로 기후요소 평가가 수행될 수 있도록 하였다.
이후 가장 낮은 점수인 2점을 1등급, 3점과 4점을 2등급, 5점과 6점을 3등급, 7점과 8점을 4등급, 9점과 10점을 5등급으로 적용하였다. 이를 통해 기후 평가 결과 우수한 기후환경 자원으로 구성된 비오톱을 1등급 열악한 기후 환경자원으로 구성된 비오톱을 5등급으로 하는 총 5개의 계급으로 구성된 기후평가도(Clima_GRD)를 도출하였으며 항공사진 정사영상을 집성하여 평가도의 타당성을 고찰하였다.
, 1992). 이에 따라 비오톱 면적을 5ha 미만, 5～10ha, 10～15ha, 15～20ha, 20～25ha 그리고 25ha 이상으로 구분하여 Area_GRD에 반영하였다.
도시기후는 인공 구조물 및 건물 배치에 따른 지표면의 마찰로 인해 바람의 수송 흐름 및 속도에 영향을 미쳐 바람이 약해지거나 유입되지 못하고 차단된다(Schreffler, 1978; 송영배, 2007). 인공 구조물 및 건물 배치를 바람의 수송 흐름 및 속도에 미치는 영향을 평가하는 척도화 기준으로 반영하였다. 내부 장애물의 유무나 밀도에 대한 정보는 제공된 광명시 비오톱 자료에서 제공되지 않으며 장애물의 유무를 소분류 속성을 통해 추정하기에는 변동성이 커서 항공 LiDAR 자료로부터 각각의 비오톱 Zone에 건물이 분포하고 있는 상황을 알 수 있는 건물 높이 자료를 추출하고 개개의 비오톱 폴리곤 영역내의 건물을 격자화 한 총 높이를 면적으로 나누어 평균 높이(Zonal Mean Building Height, ZH)를 산출하였다.
(1999)이 제시한 방법론을 참고하여 평가기준을 삼았다. 전자의 방법론에서 냉기 생성의 인자로써 면적규모, 경작지 및 초지의 비율, 평균 경사도, 경사유형 및 평균적 경사길이를 지표로 삼았다. 평가 지표 및 평가 등급 Haaren (2004)과 독일의 기후분석 연구결과(Regionalverband mittlerer Oberrhein, 2010; Stadt Witten, 2012)를 참고하여 Table 1과 같이 냉기/신선기 분석 및 바람통로 분석 요인을 선택하여 평가 점수를 할당하고 계산하여 냉기/신선기 등급 및 바람통로 기능 등급을 결정한 후 계급 두 계급을 합산하여 비오톱 지도를 기반으로 각각의 비오톱에 대한 기후평가 등급을 구하였다(Refer to Table 2)
지형의 입체적 면적 계산 결과인 경사길이를 통해 냉기/신선기 생성 평가 기준에 반영하였다. 보금자리 주택개발 예정지의 지형 경사는 13～125%에 걸쳐 분포하고 있으며 경사도가 높을수록 동일 면적에서 경사길이는 평면길이에 비해 상대적으로 높아진다.
냉기/신선기 수송을 담당하는 통로의 구조와 규모를 평가하는 척도화 기준으로 반영하였다. 통로의 폭원을 구하기 위해 개개의 비오톱 Polygon Shape 자료로부터 폴리곤을 포함할 수 있는 직교하는 최단축 길이와 최장축 길이를 구하는 최소 방형격자(minimum bouncing rectangle, MBR)를 구하여 최단 축길이의 1/2을 통로의 폭원으로 보고 MBR 단축길이를 100m를 상수로 하여 점수를 부여하고 이를 Width_GRD에 반영하였다(Refer to Table 6)(Mayer et al., 1994).
전자의 방법론에서 냉기 생성의 인자로써 면적규모, 경작지 및 초지의 비율, 평균 경사도, 경사유형 및 평균적 경사길이를 지표로 삼았다. 평가 지표 및 평가 등급 Haaren (2004)과 독일의 기후분석 연구결과(Regionalverband mittlerer Oberrhein, 2010; Stadt Witten, 2012)를 참고하여 Table 1과 같이 냉기/신선기 분석 및 바람통로 분석 요인을 선택하여 평가 점수를 할당하고 계산하여 냉기/신선기 등급 및 바람통로 기능 등급을 결정한 후 계급 두 계급을 합산하여 비오톱 지도를 기반으로 각각의 비오톱에 대한 기후평가 등급을 구하였다(Refer to Table 2)
통로의 기능 평가를 위해 신선기 생성 기능 평가에 적용되었던 표면특성별 평가 기준을 적용하였다(Refer to Table 5). 표면특성별 평가에서 저평가된 교외 주택지, 농촌형 혼합지, 도시부양 시설지, 도시형 혼합지, 군사시설, 교육시설, 행정연구 시설, 도시 나지, 도시 관련시설을 냉기/신선기 생성 기능이 전혀 없는 것으로 평가하였고, 불모지, 휴한지, 도시공원을 냉기생성 기능이 중간적 점수를 부여하였고, 관목지, 습초지, 습지, 하천, 산림, 초지에 냉기/신선기를 유통하는 기능을 높게 평가하였다(Function_GRD).

대상 데이터

경사는 항공 LiDAR 자료로부터 추출한 5m×5m DEM과 비오톱(Shape) 자료를 이용해 구하였다.
반면, 본 연구에서 사용한 비오톱 지도는 2009년에 제작된 시흥시의 비오톱지도 및 라이다 항공촬영데이터를 활용했으며, 비오톱 유형은 소분류 유형을 기반으로 하였다. 비오톱 지도를 이용한 기후평가 간소화 방법 개발로 항공라이다 자료 활용 기술과 연계하여 바람통로 및 도시기후 평가 요소를 정보화하고 이를 기반으로 도시 구조 특성에 따른 기후평가지도 제작 방안에 대하여 연구하였다.
연구지역은 2010년 12월 개발이 확정된 시흥광명 보금자리주택사업지역으로 전체 면적은 1,736,000m2이고 237,000명을 수용할 66,638가구 보금자리주택과 7,088가구 민간주택이 건설될 예정이다. 제2경인고속도로가 중앙을 동서로 가로지르는 연구지역은 남-북 방향으로 길게 배치되어 있어 개웅산-건지산-도이산-윤흥산-거정굴산-서독산-구름산-서산-도덕산으로 이어지는 주산 및 능선들에 위요되어 있으며 남-북으로 일부 열려있는 지형이다(Refer to Figure 1).

이론/모형

냉기/신선기 생성에 적정한 경사도 평가 기준은 Marks et al.(1992)이 제시한 기준을 준용하였다. 가장 낮은 점수는 5%이하에서 시작하여, 5～15%, 15～25%, 25～35%, 35% 이상으로 구분하여 Slope_GRD에 반영하였다.
(1992)의 바이오기후 기능의 평가항목과 Mosimann et al.(1999)이 제시한 방법론을 참고하여 평가기준을 삼았다. 전자의 방법론에서 냉기 생성의 인자로써 면적규모, 경작지 및 초지의 비율, 평균 경사도, 경사유형 및 평균적 경사길이를 지표로 삼았다.
냉기/신선기 생성 면적 등급화 및 평가는 면적이 넓을수록 높은 평가점수를 부여하였다. 면적을 이용한 평가는 비오톱(shape) 지도의 Area 필드에서 각각의 비오톱에 대한 면적(ha) 정보를 이용하였다(Marks et al., 1992). 이에 따라 비오톱 면적을 5ha 미만, 5～10ha, 10～15ha, 15～20ha, 20～25ha 그리고 25ha 이상으로 구분하여 Area_GRD에 반영하였다.
본 연구 수행을 위해 ESRI 社의 ArcGIS Model Builder 및 ArcGIS Spatial Analyst를 이용하였으며 사용된 입력자료는 Table 3과 같다.
냉기 및 신선기를 수송하는 통로의 피복 특성이 차고 신선한 공기를 유지 또는 정화시킬 지 또는 오염시킬 지에 대한 척도화 기준으로 반영하였다(윤용한 등, 2011). 통로의 기능 평가를 위해 신선기 생성 기능 평가에 적용되었던 표면특성별 평가 기준을 적용하였다(Refer to Table 5). 표면특성별 평가에서 저평가된 교외 주택지, 농촌형 혼합지, 도시부양 시설지, 도시형 혼합지, 군사시설, 교육시설, 행정연구 시설, 도시 나지, 도시 관련시설을 냉기/신선기 생성 기능이 전혀 없는 것으로 평가하였고, 불모지, 휴한지, 도시공원을 냉기생성 기능이 중간적 점수를 부여하였고, 관목지, 습초지, 습지, 하천, 산림, 초지에 냉기/신선기를 유통하는 기능을 높게 평가하였다(Function_GRD).

성능/효과

2. 냉기/신선기 분석 및 바람통로 분석을 등급과 분석 요인들과의 상관성을 확인한 결과 기후평가 등급과 WindCorridor_ GRD와의 상관계수는 0.928, ColdAir_GRD와의 상관계수는 0.855로 나타났으나 Landsat ETM+ 지표면 온도자료와 비교해본 결과 Area_GRD, SD_GRD, Slope_GRD와 Surface_GRD, Slope_GRD와 Surface_GRD 의 R 2가 0.61, 0.49, 0.00, 0.17, 0.98, 0.78, 0.72로 나타났다.
2000년 4월 29일 촬영되어 대기보정이 완료된 Landsat ETM+ 영상으로부터 최근린 내삽법을 적용하여 정사보정 수행 후 지표면의 섭씨온도를 산출하여 비오톱 자료에 기반을 둔 각 평가인자들과 지표면 온도와의 상관성을 확인한 결과(Refer to Figure 11) 찬공기 생성 고려 인자인 Area_GRD와 SD_GRD의 R²는 0.61 및 0.49로 비교적 높았으나 Slope_GRD 와 Surface_GRD는 0.00, 0.17로 매우 낮게 나타났다. 바람통로 고려 인자인 Function_ GRD, Width_GRD, Obstacle_GRD의 R²는 각각 0.
3. ColdAir_GRD와 WindCorridor_GRD, Climate_Evaluation_ GRD의 R²는 각각 0.003, 0.025, 0.028로 산정 인자들과 범주 및 방법을 개선할 필요성이 있으나 항공사진 정사영상을 이용한 육안 검수에서는 기후평가 및 등급화 결과가 반영된 것으로 나타났다.
4. 광명시흥보금자리주택지구는 논, 밭 및 시설농업지역 및 좌우로 산재한 산림비오톱이 우세한 지역으로 냉기생성지 및 바람통로 역시 이들 지역을 중심으로 높게 평가되어 나타났다. 비오톱 지도와 항공라이다 자료만을 이용한 기후평가 방법을 적용한 결과 보금자리 주택개발 예정지의 기후평가등급 분포 면적 비율은 1등급 18.
비오톱 지도의 토지이용 소분류 특성을 이용하여 내부장애물 판정 자료로 사용할 수 있는지를 ZH가 높은 소분류 항목의 순위와 내부 장애물이 있을 것으로 예상되는 고밀상업업무지와 저밀공업지의 ZH 분포 조사를 통해 검토해 보았다. ZH가 높은 상위권의 토지이용 소분류 항목 조사 결과 아래의 그림에서 보는 바와 같이 고밀상업업무지, 교육시설, 농촌형 혼합지, 저밀농업지, 묘지, 시설농업지, 농촌형 주택지, 교육시설, 저밀 농업지 순서로 나열되어 있어 비오톱 Zone 유형 각각에 다양하게 건물이 분포하고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 비오톱의 소분류 특성이 대표적인 내부 장애물인 건물이 있는 유형과 없는 유형으로 구분이 뚜렷하지 않아 결과적으로 항공라이다 자료를 이용한 통로기능 분석이 필요함을 나타낸다.
그러나 개별인자들의 평가점수를 합산하여 구한 ColdAir_GRD와 WindCorridor_GRD, Climate_Evaluation_GRD의 R²는 각각 0.003, 0.025, 0.028로 매우 낮게 나타나 산정 인자들이 많아지고 계산이 복잡해질수록 상관성은 낮았다. 그러나 가장 낮은 등급 1개를 제외하면 R²가 0.
기후 평가에 등급과 적용된 ColdAir_GRD 및 Wind Corridor_ GRD 요인과의 상관성을 확인하기 위해 기후 평가 등급별 비오톱 그룹들에 대하여 ColdAir_GRD 및 WindCorridor_GRD 필드로부터 평균값들을 구하여 검토한 결과 Figure 10 및 Table 11에서 보는 바와 같이 ColdAir_GRD의 평균값은 기후평가 계급의 증가함에 따라 1.0, 1.9, 3.0, 4.8, 5.0 순으로 증가하고 WindCorridor_GRD 평균값은 1.7, 2.0, 2.3, 2.8, 4.5 순으로 증가하고 있어 두 요인 기후 평가 등급과 비례하는 양상을 보였으며 Excel을 이용해 비오톱을 대상으로 상관분석 수행 결과 기후평가 등급과 WindCorridor_GRD의 상관계수는 0.928, 기후평가 등급과 ColdAir_GRD의 상관계수는 0.855로 나타나 비오톱의 WindCorridor_GRD가 ColdAir_GRD에 비해 상관성이 높게 나타났다.
냉기/신선기 분석 및 바람통로 분석을 통한 등급 결과와 분석을 위해 적용하였던 요인들과 관계성을 확인하기 위해 냉기/ 신선기 분석에 따른 등급별 비오톱 그룹들로부터 Area_GRD, Solpe_GRD, SD_GRD, Surface_GRD 필드로부터 평균값들을 구하여 검토한 결과 Figure 5에서 보는 바와 같이 Surface_ GRD는 냉기/신선기 평가 등급과 비례하는 패턴을 보였으며 Excel을 통해 구한 냉기/신선기 생성 등급과 지표면 특성 평가 점수의 평균값과의 상관계수가 (－)0.967로 상관성이 매우 높게 나타났으나 Area_GRD와 Slope_GRD, SD_GRD의 평가점수 평균과의 상관계수는 각각 (－)0.741, (－)0.883, (－)0.861로 상관성이 상대적으로 낮게 나타났다. 바람통로 기능 분석에 따른 등급별 비오톱 그룹들로부터 Function_GRD, Width_GRD, Obstacle_GRD 필드에서 평균값들을 구하여 검토한 결과 Figure 6에서 보는 바와 같이 Function_GRD와 Obstacle_GRD는 냉기/신선기 평가 등급과 비례하였으며 상관분석결과 바람통로 등급과 통로기능 평가 평균값과의 상관관계는 (－)0.
냉기/신선기 생성 등급, 바람통로기능 등급, 기후평가 등급 및 분석과정에서 생산된 결과들을 광명시 항공사진 정사영상 자료를 이용하여 시각적 판독을 통해 검증한 결과 Climate_ Evaluation_GRD와 Landsat ETM+ 온도 자료의 낮은 상관성에도 불구하고 비오톱을 이용한 기후평가 등급화는 전반적으로 지표면의 특성과 잘 맞으며 본 연구에서 의도한 기준에 의한 상대적인 등급화를 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다(Refer to Figure 13). 하지만, 비오톱 자료에도 모호한 기준으로 묶여 있는 범주에 대한 관리가 필요하다.
냉기/신선기 생성 및 바람통로 기능 평가 인자인 Area_GRD, Solpe_GRD, SD_GRD, Surface_GRD 및 Function_GRD, Width_ GRD, Obstacle_GRD를 통해 냉기/신선기 생성 등급(ColdAir_ GRD,), 바람통로기능 등급(Wind_Corridor_GRD), 기후평가 등급(ClimateEvauation_GRD)을 Figure 9 및 Table 10과 같이 구하였다. 냉기/신선기 생성 등급에서는 1등급 35.5%, 2등급 42%, 3등급 14.7%, 4등급, 4.4%, 5등급 3.3% 순으로 1등급과 2등급의 합이 77%로 전체적으로 찬공기 생성 등급이 우수한 것으로 나타났으나, 바람통로기능 등급을 보면 1등급 23%, 2등급 13.4%, 3등급 14.9%, 4등급 12.3%, 5등급 36.4% 순으로 나타나 항공 LiDAR 자료를 활용해 비닐하우스 및 저층 건물이 포함된 비오톱이 통로기능 평가 및 등급화에 잘 반영되었다. 두 평가 결과를 종합한 기후평가에서는 1등급 18.
냉기/신선기 생성 면적 등급화 및 평가는 면적이 넓을수록 높은 평가점수를 부여하였다. 면적을 이용한 평가는 비오톱(shape) 지도의 Area 필드에서 각각의 비오톱에 대한 면적(ha) 정보를 이용하였다(Marks et al.
4% 순으로 나타나 항공 LiDAR 자료를 활용해 비닐하우스 및 저층 건물이 포함된 비오톱이 통로기능 평가 및 등급화에 잘 반영되었다. 두 평가 결과를 종합한 기후평가에서는 1등급 18.5%, 2등급 18.2%, 3등급 30.7%, 4등급 25.2%, 5등급 7.4% 순으로 나타나 바람통로 평가 요소가 냉기/신선기 생성 평가를 보완하여 최종으로 기후평가 결과가 도출되었다.
17로 매우 낮게 나타났다. 바람통로 고려 인자인 Function_ GRD, Width_GRD, Obstacle_GRD의 R²는 각각 0.98 및 0.78, 0.72로 높게 나타나 바람통로의 기능에 대한 분석과 지표면 온도 분포가 잘 맞는 것으로 판단된다.
861로 상관성이 상대적으로 낮게 나타났다. 바람통로 기능 분석에 따른 등급별 비오톱 그룹들로부터 Function_GRD, Width_GRD, Obstacle_GRD 필드에서 평균값들을 구하여 검토한 결과 Figure 6에서 보는 바와 같이 Function_GRD와 Obstacle_GRD는 냉기/신선기 평가 등급과 비례하였으며 상관분석결과 바람통로 등급과 통로기능 평가 평균값과의 상관관계는 (－)0.884, 폭원 평균값과의 상관관계는 (－)0.763, 장애물 평가 평균값과의 상관관계는 (－)0.834로 나타났으며 이중 통로기능 평가 평균값과 장애물 평가 평균값과의 상관관계는 0.977로 나타나 상관성이 매우 높은 것으로 나타났다. 따라서 상대적으로 상관성이 낮게 나타난 Area_GRD, Slope_GRD, SD_GRD, Width_GRD의 경우 범주화 기준에 대한 조정이 필요하고 판단된다.
바람통로기능 등급, 기후평가 등급 및 분석과정에서 생산된 결과들을 광명시 일대의 항공사진 정사영상 모자이크 자료를 이용하여 시각적 판독을 통해 검증한 결과 비오톱을 이용한 기후평가 등급화는 지표면의 특성과 잘 맞으며 본 연구에서 의도한 기준에 의한 상대적인 등급화를 잘 반영하고 있었다.
보금자리 주택개발 예정지 내부의 건물 분포에 대한 5m×5m 격자해상도의 항공 LiDAR 자료 분석 결과를 볼 때 건물이 없는 공간이 88.3%를 차지하고 있으며, 10m 미만의 건물이 11.6%를 차지하고 10m이상의 건물이 1.1%를 차지하고 있다.
4%(1,297개) 나타났다. 비오톱 내부 장애물 평가 결과에서는 ZH 1.5m 미만인 비오톱이 79.9%(1,376개), ZH가 1.5～2.0m인 비오톱이 8.6%(105개), ZH 2.0m 이상인 비오톱이 11.5%(160개)의 순으로 나타났다.
광명시흥보금자리주택지구는 논, 밭 및 시설농업지역 및 좌우로 산재한 산림비오톱이 우세한 지역으로 냉기생성지 및 바람통로 역시 이들 지역을 중심으로 높게 평가되어 나타났다. 비오톱 지도와 항공라이다 자료만을 이용한 기후평가 방법을 적용한 결과 보금자리 주택개발 예정지의 기후평가등급 분포 면적 비율은 1등급 18.5%, 2등급 18.2%, 3등급 30.7%, 4등급 25.2%, 5등급 7.4% 순으로 나타났으며 본 연구방법을 통해 각각의 비오톱 단위별로 기후평가 정보를 통계적 정보와 함께 제시할 수 있었다.
하지만, 비오톱 자료에도 모호한 기준으로 묶여 있는 범주에 대한 관리가 필요하다. 예로, 광명시 경기 자동차 과학 고등학교 주변 산림에 위치한 군사지역 범주는 여러 피복특성이 섞여 있으나 개별 비오톱 영역에서 단일구간으로 결정하고 있어 기후평가에 일부 부정적인 영향을 미치는 것이 확인되었으며, 도로 및 하천 구간 등도 여러 피복 특성이 혼재되어 있었으나 분할 기준이 없어 기후 평가에서 높은 점수를 받은 것이 확인되었다. 이러한 문제가 해결되기 위해서는 향후 비오톱의 단위를 객관적으로 추출 할 수 있도록 명확한 기준 도출을 위한 연구가 필요하다.
냉기/신선기 분석 및 평가를 위해 설계한 분류 기준을 적용하여 면적, 경사, 경사거리, 지표면에 대한 공간분석 결과를 도출한 결과 Figure 3과 Table 8에서 보는 바와 같이 지표 및 비오톱 zone의 특성이 연계된 결과들이 산출되었다. 총면적 대비 비오톱 면적 계급의 분포는 5ha 미만인 비오톱 비율이 48.1%(953개) 면적과 개수 모두 가장 많이 차지하고 있었고, 25ha 이상이 34.9%(181개), 20～25ha가 14.8%(46개) 순으로 나타나 큰 비오톱과 작은 비오톱으로 대조되었다. 경사도는 경사도가 5～15% 또는 35%보다 급한 비오톱 비율이 52.
1%(620개) 나타났다. 통로 폭원 평가에서는 MBR 단축길이가 200m 이상인 비오톱이 46.5%(109개), MBR 단축길이 100～200m는 24.1%(235개) MBR 단축길이가 100m 미만은 29.4%(1,297개) 나타났다. 비오톱 내부 장애물 평가 결과에서는 ZH 1.
바람통로 분석 및 평가를 위해 설계한 분류 기준을 적용하여 통로기능, 통로 폭원, 내부 장애물에 대한 공간분석 결과를 도출한 결과 Figure 4 및 Table 9와 같이 지표 및 비오톱 zone의 특성과 연계된 결과들이 산출되었다. 통로기능 평가 결과 신선기 생성 기능이 높은 비오톱이 51.6%(995개), 냉기생성 기능이 있는 비오톱이 5.7%(26개) 그리고 냉기/신선기 생성 기능이 없는 비오톱이 48.1%(620개) 나타났다. 통로 폭원 평가에서는 MBR 단축길이가 200m 이상인 비오톱이 46.

후속연구

컴퓨팅 기술의 발달로 3차원 기상 수치 모델링이 가능해지면서 직접적인 기후/대기 요소를 추출하여 평가에 적용하는 연구가 다수 수행되었으나(Gross and Etling, 2003) 평가를 위한 재원이 많이 소모되고 시간이 오래 걸려 기후 평가방법의 편의상 간접적인 효과를 분석하여 평가에 활용하거나 이 두 방법을 섞어 절충안을 찾는 시도가 있었다. 그러나 도시계획에 적합한 규모 및 해상도로 수치모델 자료가 생산되면 보다 발전된 컴퓨팅 능력이 보급되어야 하고 관련 기술이 일반 건설 엔지니어링에 접근 가능한 수준으로 보급되어야 하므로 이를 절충할 대안적인 연구가 필요하다. 최근 구축되고 있는 비오톱 지도는 간접적인 기후/대기 평가를 위한 좋은 도시의 공간정보이다.
또한 우리나라에 도시미기후에 관한 미기후모델 개발과 분석연구가 매우 미흡한 관계로 해외 평가방법과 기준을 일부 준용하였다. 그러나 도시계획의 기반이 되는 개별 토지이용에 기반한 GIS 분석을 통해 도시 열섬저감과 도시 환기 개선을 위한 기후공간 자료 및 지도의 제공은 도시 차원에서 활용도가 높을 것으로 기대한다.
이에 본 연구는 비오톱 지도를 이용한 기후평가 간소화 방법 개발로 항공라이다 자료 활용 기술과 연계하여 바람통로 및 도시기후 평가 요소를 정보화하고 이를 기반으로 도시 구조 특성에 따른 기후 평가지도 제작 방안에 대하여 연구하였다. 도시기후 분석 결과들이 비오톱 지도와 연계되어 기후적 특성을 정보로 제공한다면 도시계획에 있어 개발로 인해 발생하는 기후변화를 관련 비오톱 단위로 상세하게 평가 및 검토할 수 있어 매우 유용할 것이다.
예로, 광명시 경기 자동차 과학 고등학교 주변 산림에 위치한 군사지역 범주는 여러 피복특성이 섞여 있으나 개별 비오톱 영역에서 단일구간으로 결정하고 있어 기후평가에 일부 부정적인 영향을 미치는 것이 확인되었으며, 도로 및 하천 구간 등도 여러 피복 특성이 혼재되어 있었으나 분할 기준이 없어 기후 평가에서 높은 점수를 받은 것이 확인되었다. 이러한 문제가 해결되기 위해서는 향후 비오톱의 단위를 객관적으로 추출 할 수 있도록 명확한 기준 도출을 위한 연구가 필요하다.
향후 토지피복유형과 비오톱 유형에 따라 기상적, 열역학적, 공간물리적 특성을 정밀하게 분석한 도시미기후분석모델을 활용하여 개별적 냉기 생성과 바람길에 대한 평가수치의 도출과보다 객관화된 등급화에 대한 연구가 필요하며, 이에 기반한 도시열섬화 저감을 위한 도시공간계획으로의 적극적인 반영이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비오톱이란 무엇인가?	경관생태학에서는 도시경관을 고유한 환경특성을 가지며 규모와 경계를 달리하는 다양한 비오톱의 조합으로 구성된 모자이크로 본다. 비오톱은 고유한 환경특성을 가지는 도시경관 단위이자 도시계획수립의 기초가 되는 토지 상황과 변화 유형을 정보화 한 지도로(최영국 등, 2002) 계획대상지의 생태특성을 조사하여 일정 기준에 따라 평가한 뒤 경관생태적 관점에서 토지이용을 계획할수 있는 수단이며(조용현과 송인주, 2005) 현재 국내의 도시의 경관 생태 및 도시기후 연구를 위해 검토할 수 있는 토지이용에 기초한 상세한 최소지도단위(minimum mapping unit)로 작성된 자료이다(최일기 등, 2007). 국내에서는 서울특별시(2008)가 공간단위별 및 시설별 전력, 도시가스, 지역난방, 상수도, 석유에 대한 에너지 사용량을 자치구, 동, 블록 공간단위와 함께 비오톱 지도의 토지이용 공간단위를 적용해 GIS DB를 구축하고 에너지 지도 작성 방안에 대해 연구하였으며 온도, 습도, 일조량, 강수․강설량, 풍속․풍향, 대기오염도 자료들로부터 비오톱 토지이용도를 기반으로 하는 기후기능 분석도면(안)을 제작하였다.
	국내에서 비오톱 자료를 활용한 사례는?	비오톱은 고유한 환경특성을 가지는 도시경관 단위이자 도시계획수립의 기초가 되는 토지 상황과 변화 유형을 정보화 한 지도로(최영국 등, 2002) 계획대상지의 생태특성을 조사하여 일정 기준에 따라 평가한 뒤 경관생태적 관점에서 토지이용을 계획할수 있는 수단이며(조용현과 송인주, 2005) 현재 국내의 도시의 경관 생태 및 도시기후 연구를 위해 검토할 수 있는 토지이용에 기초한 상세한 최소지도단위(minimum mapping unit)로 작성된 자료이다(최일기 등, 2007). 국내에서는 서울특별시(2008)가 공간단위별 및 시설별 전력, 도시가스, 지역난방, 상수도, 석유에 대한 에너지 사용량을 자치구, 동, 블록 공간단위와 함께 비오톱 지도의 토지이용 공간단위를 적용해 GIS DB를 구축하고 에너지 지도 작성 방안에 대해 연구하였으며 온도, 습도, 일조량, 강수․강설량, 풍속․풍향, 대기오염도 자료들로부터 비오톱 토지이용도를 기반으로 하는 기후기능 분석도면(안)을 제작하였다. 이채연 등(2011)의 연구에서는 서울 도시기후 분석에 비오톱 자료를 활용하였으나 실제 도시기후 지도 제작은 격자형 이미지로 도출하였다.
	도시기후의 평가는 어떻게 나누어지는가?	특히 독일의 경우에는 광역모델에서 지역모델 그리고 미기후 분석, 평가모델까지 다양하게 개발, 적용되었고, 이외에도 GIS를 활용한 도시기후 분석을 도시계획 및 환경영향평가에서 활용되고 있어(Reuter and Hoffmann, 1998; Baumüller and Reuter, 2003, Heilbig, 2003) 도시계획의 정책수단으로 오랜 기간 정착되어 왔다. 도시기후의 평가는 (a) 야외관측, 풍동/수조 실험, 수치모델링을 통해 도출한 기후/대기 부분의 인자를 직접 평가하는 방법과 (b) 도시구성 물질들의 공간적 배치특성 분석을 통해 간접적으로 미치는 기후/대기 상호작용을 평가하는 방법으로 나눌 수 있다. 컴퓨팅 기술의 발달로 3차원 기상 수치 모델링이 가능해지면서 직접적인 기후/대기 요소를 추출하여 평가에 적용하는 연구가 다수 수행되었으나(Gross and Etling, 2003) 평가를 위한 재원이 많이 소모되고 시간이 오래 걸려 기후 평가방법의 편의상 간접적인 효과를 분석하여 평가에 활용하거나 이 두 방법을 섞어 절충안을 찾는 시도가 있었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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